Порошки цветных металлов

Набойченко С.С. (ред.)

Металлургия, 1997 г.

Основные области применения порошкообразных алюминиевых материалов.

Порошки и пудры алюминия входят в состав многих промышленных ВВ, применяющихся в горнодобывающей промышленности (аммоналов, скальных аммонитов, детонитов, алюмотола). Как высокоэнергетический носитель алюминий существенно повышает теплоту взрывчатого превращения ВВ и эффективность взрывных работ. Наиболее широко используются порошки типа ПА, пиротехническая пудра марок ПА, порошки из вторичного алюминия типа АПВ, ПА-ВВ и др.

В черной металлургии алюминиевые порошки (гранулы) применяются в качестве восстановителя. Введение 0,1-1,5% алюминиевой крупки в расплав железа полностью освобождает, его от оксида (II) и тем самым обеспечивает получение плотной отливки без раковин. Алюминиевые порошки используются также для нагрева прибыльной части слитка при литье черных металлов. Вокруг литникового отверстия и прибыли набивают смесь из оксидов и алюминиевых порошков, которая ’’зажигается” от расплава, и, сгорал, долгое время поддерживает литой металл в жидком состоянии. Это позволяет при затвердевании отливки и уменьшении при этом объема металла долить форму и избежать тем самым образования усадочных раковин в отливках.

Алюмотермическим восстановлением оксидов тугоплавких металлов получают ферромолибден, феррониобий, ферровольфрам и др.

Термитная смесь, содержащая 75%Fe₃0₃ и 25 % AI, дает температуру горения около 2500 °С.

В химической промышленности алюминиевые порошки и гранулы являются активными восстановителями, поскольку они быстро реагируют в водных растворах кислот или щелочных средах с выделением водорода: 1 кг алюминиевых порошков дает 1240 л водорода. Их применяют при получении алюминийалкилов, при полимеризации этилов, для производства антидетонатора, тетраэтилсвинца и т.д.

Алюминиевые порошки применяются для нанесения покрытий на стальные изделия методами распыления, газопламенного или плазменного напыления и термодиффузии.

Алюминиевые пудры и пасты используются в качестве красочного и защитного пигмента в составе различных красок, лаков, эмалей. Получаемые краски имеют красивый серебристый цвет, защищают изделия от влаги, тепла, света.

Алюминиевая пудра применяется в качестве газообразователя при производстве ячеистых бетонов. Последние отличаются легкостью, высокой термо- и звукоизоляционной способностью, хорошей прочностью.

Спеченные материалы на основе алюминия отличаются хорошей прессуемостью и спекаемостью порошков, экономичностью производства, высокой прочностью получаемых материалов, их хорошей коррозионной стойкостью.

В отечественной практике получают различные виды порошковой продукции из алюминия и его сплавов: пудры типа АПС, порошки САС-1, порошки алюминия высокой чистоты (ПА-ВЧ), технической чистоты типа ПА, алюминиевую крупку первичная АКП, а также ряд других.

Эти материалы перерабатывают методами порошковой металлургии на предприятиях машиностроительной, электротехнической, атомной, авиационной, электронной и других отраслей промышленности.

Из указанных порошков получают прессованные полосы, прутки и профили, холоднокатанные листы. Методом горячей экструзии из порошков алюминиевых сплавов получают материалы с уникальными свойствами, высокой теплопрочностью (типа САПов и САСов), низким коэффициентом линейного расширения (типа САСов), высокопрочные сплавы на основе систем Al-Zn-Mg-Cu, легкие прочные сплавы на основе систем Al-Mg и др.

Кроме того, алюминиевые порошки, пудры, пасты и гранулы применяют при:

-производстве высокоплотных огнеупорных материалов (для повышения плотности, термостойкости и механической прочности огнеупоров);

получении пористых адсорбционных материалов для криогенной техники;
производстве сварочной проволоки; смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ).

Алюминиевые порошки добавляют в состав резины при изготовлении автомобильных шин с целью увеличения теплопроводности протекторной резины и улучшения условий работы внутренней поверхности шин.

Добавка порошков в пластмассы улучшает их механические свойства, увеличивает их износостойкость, придает им особые свойства (электропроводность, теплопроводность и др.).

Алюминиевый порошок применяют в качестве наполнителя в пластиках на основе эпоксидных, полиэфирных и феноловых смол. В частности порошкообразный алюминий применяется для приготовления так называемых "холодных припоев" (шпатлевки), которые используются для заполнения раковин, выбоин, трещин и швов на поверхности металла. Более 50 % состава холодного припоя составляет алюминиевый порошок, который смешивается со смолой и отвердителем.

Алюминиевую пудру используют в качестве смазки при изготовлении керамических деталей методом сухого прессования для уменьшения износа пресс-форм, получения высокой плотности прессовки и снижения усилия прессования.

Порошки алюминия и его сплавов, плакированные никелем

Особый класс порошковых материалов на основе алюминия составляют композиционные материалы, представляющие собой порошки алюминия и его сплавов или смеси таких порошков с порошками других соединений, плакированные никелем.

По назначению композиционные порошковые материалы, металлизированные никелем, подразделяются на три основные группы:

-композиции металл-металл, металл-карбид, предназначенные для повышения износостойкости и коррозионной стойкости плазменных покрытий;

-термореагирующие композиции металл-металл и металл-металл-оксид, используемые для нанесения износостойких, жаростойких и теплозащитных покрытий;

-композиции металл-твердая смазка и металл-карбид-твердая смазка, используемые для напыления антифрикционных покрытий.

Введение никеля в состав плакированных, конгломерированных и капсулированных композиций при их последующем газометрическом напылении позволяет осуществить:

защиту основного материала покрытия от взаимодействия с плазменной струей и окисления;
более равномерное распределение компонентов в покрытии из-за отсутствия сепарации;
взаимодействие отдельных компонентов с образованием твердых растворов, интерметаллидов и т.д.;
направленное протекание экзотермических реакций, способствующих нагреву порошка и повышению качества покрытий;
создание принципиально новых фазовых и структурных составляющих в покрытии;
укрупнение тонкодисперсных порошков, что существенно расширяет номенклатуру порошков для напыления;
повышение текучести, производительности напыления и коэффициента использования порошка;
формирование принципиально новых многослойных порошковых композиций;
повышение прочности, плотности и теплопроводности покрытий;
обеспечение заданного состава покрытий и возможность управления составом путем конструирования порошка.

Низкие температуры процесса, возможность точного дозирования никеля, полное отсутствие жидкой фазы в процессе, отсутствие дополнительных переделов (сушки, фильтрации, регенерации растворов), безотходность и безеыбросность технологии предопределяют основные преимущества выбранного метода получения композиционных порошковых материалов перед многими жидкофазными и газофазными процессами.

Алюминиевые порошки, плакированные никелем

Состав порошка, % (по массе): 4-23 А1; 96-77 Ni.

Свойства порошка:

толщина никелевой оболочки на частице алюминия от единиц до микрон;
форма частиц близка к сферической;
текучесть: 10-40 с;
насыпная плотность: 2,5-5,1 г/см³ (в зависимости от содержания никеля);
размер частиц: 50-100 мкм.

Свойства плазменных покрытий:

микротвердость: 4000-8000 МПа;
пористость: 3-10 %;
прочность сцепления с подложкой: 300-380 кгс/см³;
экзотермический эффект при напылении покрытий наступает при 625 °С за счет теплоты реакции синтеза интерметаллида никель-алюминий в изотермических условиях;
толщина слоя покрытия, исключающая отслоение от подложки: на Ст-3 -1,0 мм; на Ст-45 - 0,8 мм; на сплаве Д16Т - 3,0 мм.

Назначение: напыление промежуточного слоя на сталях, чугунах, алюминиевых и титановых сплавах и др.

Сплавы на алюминиевой основе, плакированные никелем Состав порошков:

Композиция Состав порошков, % (по массе)

Сплав Al-La+Ni....................................... 23-25 Al; 0,5-1 La; 74-76 Ni

Сплав. AI-V+Ni....................................... 18-26 Al; 0,05-0,5 V; 74-81 Ni

Сплав: Al-B+Ni....................................... 23 Al; 76 Ni

Сплав AI-V+Ni........................................ 24-29 AI; 0,1 -0,2 V; 71 -76 Ni

Свойства порошков:

толщина никелевой оболочки от единиц до десятков микрон;
текучесть: 40-55 с;
насыпная плотность: 3,1-3,3 г/см³;
размер частиц: 70 % 100-125 мкм.

Свойства плазменных покрытий:

экзотермический эффект при напылении покрытий наступает при 625 °С;
прочность сцепления с основой (метод отрыва конусного штифта): 2,7-3,6 кг/мм²;
толщина покрытий: 0,3-0,4 мм;
жаростойкость зависит от состава покрытия, данные о котором приведены ниже:

Состав покрытия, % (по массе) (не менее) Привес при 800 °С в течение 7 ч, мг/ см³

Сплав AI-La+Ni (81,65 % Ni,1 % La)........ 2,07

Сплав AI-V+Ni (81,65 % Ni,0,1 V)............. 3,19

Назначение: жаростойкие покрытия.

Конгломерированная смесь алюминия с оксидом вольфрама, плакированная никелем

Состав порошка, % (по массе): 77 ± 3 Al + WO₃ (в сумме), 23 ± 3 Ni. Свойства порошка:

размер частиц: 40-100 мкм;
текучесть: 10-100 с;
насыпная плотность: 1,4-2,1 г/см³.

Свойства плазменных покрытий:

прочность сцепления с основой: 3-5 кгс/мм²;
на титановой и алюминиевой подложках: 10-11 кгс/мм²; адгезии способствует экзотермический эффект реакций восстановления оксидов и образования интерметаллидов;
пористость: 2-10 %;
Микрртвердость: 3000-18000 МПа.

Назначение: газотермические термореагирующие жаростойкие покрытия.

В системе металл-оксид металла-никель получены и испытаны также композиционные порошки, в которых в качестве основы использованы конгломерированные смеси алюминий-оксид хрома, углерод-оксид вольфрама.